DE69126787T2 - Kriechstromkontrolle für elektrochirurgischen generator - Google Patents

Kriechstromkontrolle für elektrochirurgischen generator

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektrochirurgie und, mehr insbesondere, auf das Steuern der Ausgangsleistung eines Elektrochirurgiegenerators, um Leckströme zu verringern.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Eiektrochirurgie ist die Anwendung eines elektrischen Hochfrequenzstroms an einer Operationsstelle bei einem Patienten zum Zweck des Schneidens von Gewebe und/oder der Koagulation. Der Hochfrequenzstrom, der durch einen Elektrochirurgiegenerator erzeugt wird, wird dem Körper des Patienten von einer aktiven Elektrode aus zugeführt, die durch den Chirurg gehalten wird, und wird aus dem Körper des Patienten über eine dispersive Elektrode zuruckgeleitet. Eine relativ kleine Kontaktfläche der aktiven Elektrode an dem Gewebe verursacht eine hohe Dichte des an der Operationsstelle in den Patienten eindringenden Stroms Diese hohe Stromdichte verursacht eine intensive lokale Erwärmung, eine Lichtbogenbildung und andere Effekte, um den Schneidvorgang auszuführen und/oder die Koagulation zu erzielen. Die dispersive Elektrode sammelt den Strom aus dem Körper des Patienten und leitet ihn zu dem Elektrochirurgiegenerator zurück, um den elektrischen Stromkreis zu schließen. Die dispersive Elektrode hat eine beträchtliche Größe, so daß die Dichte des Stroms, den sie sammelt, niedrig genug ist, um jegliche chirurgische oder erwärmende Wirkung zu vermeiden.
  • Wenn der Strom in dem Körper des Patienten jemals eine hohe Stromdichte während seines Durchgangs durch den Körper entwickelt, wird es zu lokaler Gewebeerwärmung kommen, und es kann zu einer Verbrennung kommen. Diese Situation kann eintreten, wenn dem Strom gestattet wird, den körper des Patienten an einer Stelle zu verlassen, bei der es sich nicht um diejenige handelt, an der sich die dispersive Elektrode befindet. Ein solcher Strom wird als Kriech- oder Leckstrom bezeichnet. Eine Verbrennung aufgrund von Leckströmen kann ziemlich schlimm sein, wenn der Patient in Narkose ist und auf die Verbrennung nicht reagieren kann. Der Verbrennungsbereich ist häufig verdeckt, so daß der Arzt oder Operationshelfer sie nicht sehen werden, bis es zu spät ist, um korrigierend eingreifen zu können. Eine weitere Gefahr von Leckstromverbrennungen droht dem Chirurg von der aktiven Elektrode oder den Leitern her, welche die Elektrochirurgieenergie mit Hochfrequenz und hoher Spannung zuführen. Leckströme können in diesem Fall den Chirurg oder einen der Operationshelfer verletzen oder verbrennen, der mit der aktiven Elektrode oder mit deren Versorgungsleiter in Kontakt ist. Das ist der Grund, warum Leck- oder Ausweichpfadströme in der Elektrochirurgie beträchtliche Beachtung finden.
  • Die ersten Elektrochirurgiegeneratoren waren mit Bezugsmasse ausgebildet. Bei vorhandener Bezugsmasse waren die Rückleitung für den Elektrochirurgiegenerator und die dispersive Elektrode beide mit Masse verbunden. Die Bezugsmasseanordnung war zufriedenstellend, vorausgesetzt, daß kein anderer Punkt an dem Patienten mit Bezugsmasse verbunden war. Wenn z.B. eine Überwachungselektrode während des Operationsvorganges auf dem Körper des Patienten wäre und die Überwachungselektrode an Masse läge, würde ein gewisser Teil des Elektrochirurgiestroms über die Überwachungselektrode zur Masse fließen, statt den bevorzugten Pfad zurück über die dispersive Elektrode zu nehmen. Da Überwachungselektroden klein sein können, kann die Stärke des über sie fließenden Stroms ausreichen, daß sich eine Stromdichte ausbildet, die groß genug ist, um eine Verbrennung hervorzurufen. Ein noch schlimmerer Zustand stellt sich ein, wenn die Generatorverbindung mit der dispersiven Elektrode zufällig unterbrochen wird. Wenn kein direkter Strompfad zurück zu dem Elektrochirurgiegenerator vorhanden ist, wird der gesamte Elektrochirurgiestrom über Ausweichmassepfade gehen, also beispielsweise über die Überwachungselektroden und den Operationstisch, und es wird wahrscheinlich zu starker Verbrennung kommen.
  • In dem Bemühen, die Gefahren zu verringern, die bei mit Bezugsmasse versehenen Elektrochirurgiegeneratoren auftreten, wurde der Leistungsausgangskreis des Elektrochirurgiegenerators von Masse isoliert. Elektrochirurgiegeneratoren mit isoliertem Ausgang waren ein bedeutsamer Schritt bei dem Verringern der Gefahren, die mit Ausweichpfadverbrennungen verbunden sind, weil der Elektrochirurgiestrom, der den Patienten verläßt, wahrscheinlicher über die dispersive Elektrode als über irgendwelche an Masse liegende Punkte an dem Patienten fließen würde bei der Rückkehr zu dem Elektrochirurgiegenerator. Wenn die Generatorverbindung zu der dispersiven Elektrode unterbrochen werden würde, würde der Elektrochirurgiestromfluß aus dem Elektrochirurgiegenerator in bedeutsamem Umfang aufhören.
  • Obgleich die Elektrochirurgiegeneratoren mit isoliertem Ausgang eine Verbesserung gegenüber den früheren Elektrochirurgiegeneratoren mit Bezugsmasse darstellten, bestand das Problem bei ihnen darin, daß die Trennung von Masse nicht vollkommen war. Bei den relativ hohen Frequenzen des Elektrochirurgiestroms von z.B. 500 Kilohertz bis 1 Megahertz stellt jede Streukapazität zur Masse einen Bezugsmassesignalpfad dar. Darüber hinaus ist die Streukapazität, die erforderlich ist, um einen beträchtlichen Pfad für Bezugsmasseströme zu erzeugen, nicht groß. Ausweichpfadströme sind zwar kleiner als diejenigen, die fließen, wenn der Elektrochirurgiegenerator mit Bezugsmasse versehen ist, das Potential für beträchtliche Patienten- und Ausweichpfadverbrennungen ist jedoch nach wie vor vorhanden.
  • Eine Verbesserung, die hilft, Ausweichpfadströme in isolierten Elektrochirurgiegeneratoren zu minimieren, beinhaltete die Verwendung eines Differentialtransformators in dem Ausgangskreis, wie es in dem US-Patent Nr. 4 437 464 gezeigt ist. Der Elektrochirurgiestrom, der der aktiven Elektrode zugeführt wird, fließt durch eine Wicklung auf dem Transformatorkern, und der Strom aus der dispersiven Elektrode fließt durch die andere Wicklung. Wenn die Ströme in den beiden Wicklungen gleich sind, was der Fall sein wird, wenn keine Ausweichpfadströme fließen, hebt sich der von beiden Strömen herrührende Fluß auf, und der Transformator bringt einen sehr kleinen Einfügungsverlust oder eine sehr kleine Impedanz für den Elektrochirurgiestromfluß mit sich. Wenn ein beträchtlicher Ausweichpfadstrom fließt, erzeugt das Ungleichgewicht einen Fluß in dem Kern des Differentialtransformators, was einen großen Einfügungsverlust verursacht. Der Einfügungsverlust erhöht die Impedanz und verringert die Stärke des Stroms, der zu der aktiven Elektrode fließt. Der Stromfluß zu dem Patienten wird daher verringert, was auch zu einer Verringerung in dem Ausweichpfad- oder Leckstrom führt. Durch diese Methode wird zwar der Leckstrom verringert, es kann jedoch sein, daß sie nicht ausreicht, um den Leckstrom unter einen maximal akzeptablen sicheren Wert von z.B. einhundertfünfzig Milliampère zu verringern.
  • Eine weitere Verbesserung, die in Fällen eines übermäßigen Leckstroms bei isolierten Elektrochirurgiegeneratoren einen Alarm erzeugt oder das Liefern der gesamten Elektrochirurgieleistung beendet, ist in dem US-Patent 3 683 923 beschrieben. Eine Erfassungswicklung auf dem Differentialtransformator erfaßt das Ungleichgewicht zwischen dem Strom, der in der aktiven Leitung fließt, und dem Strom, der in der Rückleitung fließt. Bei dem Erfassen eines ausreichenden Ungleichgewichts in den erfaßten Strömen wird eine Alarmschaltung ausgelöst, und der Bedienungsperson wird eine Warnung übermittelt. Darüber hinaus kann ein Relais gleichzeitig oder alternativ aktiviert werden, um den Stromfluß zu dem Patienten zu beendigen. Die Bedienungsperson muß dann korrigierend eingreifen, beispielsweise den Leistungswert reduzieren oder versuchen, das Problem zu eliminieren, das die Stromleckage verursacht; sowie den Elektrochirurgiegenerator reaktivieren.
  • Das US-Patent 4 102 341 beschreibt einen Elektrochirurgiegenerator, der den Ausgangsstrom und den Rückstrom erfaßt und ein Verhältnis bildet, das von dem erfaßten Ausgangsstrom und von dem erfaßten Rückstrom abhängig ist. Wenn das Verhältnis von einem bestimmlen Wert abweicht, was einen übermäßigen Leckstrom anzeigt, wird die Ausgangsleistung des Generators um ein festes Ausmaß verringert. Solange der Leckstrom einen Grenzwert nicht überschreitet, erfolgt die normale Leistungsregelung.
  • Das US-Patent 4 727 874 beschreibt ein Regelsystem für einen Elektrochirurgiegenerator, welches die Ausgangsleistung in Beziehung zu einer Vielfalt von unterschiedlichen Steuerfunktionen regelt, die in Beziehung zu der Impedanz stehen, welche während der Elektrochirurgie auftritt. Die Leistungssteuerung erfolgt dadurch, daß ein tatsächlich gemessenes Signal durch künstliche Signale ersetzt wird. Keine dieser Leistungssteuerfunktionen bezieht sich auf das Steuern der Ausgangsleistung, um den Leckstrom zu begrenzen.
  • Vor diesem Hintergrund sind die weiteren bedeutsamen Verbesserungen und Fortschritte zu sehen, die die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der Leckstromsteuerung bei isolierten Elektrochirurgiegeneratoren mit sich gebracht hat.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrochirurgievorrichtung sowie ein Verfahren zum Regeln von Hochfrequenzausgangsleistung, die durch einen Elektrochirurgiegenerator geliefert wird, gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 6 mit einer verbesserten Technik zum Regeln der Ausgangsleistung zu schaffen, um das Ausmaß von Stromleckage zu begrenzen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
  • Einer der bedeutsamen Aspekte der vorliegenden Erfindung ist die verbesserte Technik zum Regeln der Ausgangsleistung eines Elektrochirurgiegenerators, um die Stärke des Leckstroms zu begrenzen. Das Ausmaß an Stromleckage wird erfaßt und benutzt, um die Ausgangsleistung zu verringern und auf Werten zu halten, bei denen der Leckstrom innerhalb von vorbestimmten akzeptablen Grenzen ist.
  • Gemäß einem der Hauptaspekte der Erfindung wird ein Stromleckageerfassungssteuersignal einer Stromleckageerfassungsenirichtung entnommen, die jedwedes Ungleichgewicht zwischen dem Strom, der von einem Elektrochirurgiegenerator geliefert wird, und dem Strom, der zu dem Elektrochirurgiegenerator zurückgeleitet wird, feststellt. Das Steuersignal wird durch eine Steuereinrichtung benutzt, die eine Leistungssteuerungsrückführschleifeneinrichtung des Elektrochirurgiegenerators steuert, um die Ausgangsleistung zu verringern, welrhe durch den Elektrochirurgiegenerator geliefert wird, wenn das Stromleckageerfassungssignal einen vorbestimmten Sollwert übersteigt, bei dem der maximal akzeptable Grenzwert des Leckstroms definiert ist. Vorzugsweise weist die Stromleckageerfassungseinrichtung eine Erfassungswicklung eines Transformators auf, der zwei andere Wicklungen hat, die jeweils den zugeführten und den zurückgeleiteten Strom führen. Die beiden Wicklungen sind so angeordnet, daß ungleiche Ströme in den beiden Wicklungen zu einem von null verschiedenen Steuersignal führen werden. Das Steuersignal wird der Leistungssteuerungsrückführsteuerschleifeneinrichtung zugeführt, um die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators zu steuern.
  • Gemäß einem weiteren Hauptaspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Begrenzen der Elektrochirurgieleistung, die einer aktiven Elektrode zugeführt wird, um Leckströme mit Stärken zu vermeiden, die größer sind als ein maximal akzeptabler Wert. Das Verfahren beinhaltet die Schritte Erzeugen von Elektrochirurgieleistung aufgrund eines verlangten Leistungswertes, Zuführen der Elektrochirurgieleistung durch Zuführen von Strom zu der aktiven Elektrode und Empfangen von Rückstrom aus einer dispersiven Elektrode, Erfassen eines Ausmaßes des Ungleichgewichts zwischen der Stärke des Elektrochirurgiestroms, der zugeführt wird, und der Stärke des Elektrochirurgiestroms, der empfangen wird, und Verringern des Wertes der Elektrochirurgieleistung, die zugeführt wird, um das erfaßte Stromungleichgewicht auf oder unter dem maximal akzeptablen Wert zu halten.
  • Ein vollständigeres Verständnis der Art der vorliegenden Erfindung sowie ihrer Vorteile und Verbesserungen ergibt sich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die im folgenden kurz beschrieben sind, und aus den beigefügten Ansprüchen. In den Zeichnungen ist:
  • Fig. 1 ein verallgemeinertes Blockschaltbild eines Elektrochirurgiegenerators, einer aktiven Elektrode und einer Rückleitelektrode, eines Leckstromerfassungstransformators und einer Leckstromsteuerschaltung nach der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2. eine Darstellung der bekannten räumlichen Beziehung zwischen dem Strom, der in Spulen fließt, die um einen Magnetkern angeordnet sind, und dem Magnetfluß in dem Kern, um die Arbeitsweise eines Transformators der in Fig. 1 gezeigten Schaltung zu erläutern; und
  • Fig. 3 ein mehr ins einzelne gehendes Schaltbild und Blockschaltbild von Teilen von Fig. 1.
  • Ein Elektrochirurgie system 10, welches eine Leckstromsteuerschaltung 115 nach der vorliegenden Erfindung in einem Teil seiner Leistungssteuerungsrückführschleife aufweist, ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Elektrochirurgiegenerator 20 erzeugt einen Hochfrequenzstrom zur Verwendung bei der Elektrochirurgie. Der Strom wird einem Versorgungsleiter oder einer Zuleitung 30 zugeführt, die den Strom zu einer aktiven Elektrode 40 leitet, von wo aus der Strom einem Patienten 50 zugeführt wird. Der Patient 50 liegt üblicherweise auf einem Operationstisch 60 und auf einer Rückleit- oder dispersiven Elektrode 70. Die Rückleitelektrode 70 ist mit einem Rückleiter oder einer Rückleitung 80 verbunden, die den Elektrochirurgiestrom zu dem Elektrochirurgiegenerator 20 zurückleitet, um so den elektrischen Stromkreis zu schließen.
  • Ein mit Magnetkern versehener Differentialtransformator 90 liefert einen magnetischen Fluß im Falle eines Leckstromkreisungleichgewichts, wie es ausführlicher in dem US-Patent Nr. 4 437 464 erläutert ist. Eine erste Wicklung 95 auf dem Kern 94 des Differentialtransformators 90 wird durch die Ausgangsleitung 30 gebildet und leitet den Strom, welcher der aktiven Elektrode zugeführt wird. Eine zweite Wicklung 96 wird durch die Rückleitung gebildet und leitet den Strom, der in der Rückleitung 80 fließt. Der magnetische Fluß, der in dem Transformator fließt, wird durch eine Erfassungswicklung 100 erfaßt, die ein Differenzsteuersignal 110 an die Stromleckagesteuerschaltung 115 anlegt. In Verbindung mit dem normalen Leistungssteuerungsrückführkreis des Elektrochirurgiegenerators begrenzt und steuert die Stromleckagesteuerschaltung 115 die Stärke des Stroms, der durch den Elektrochirurgiegenerator 20 erzeugt wird.
  • Fig. 2 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Stromfluß und dem Magnetfluß in einem Transformator wie dem in Fig. 1 gezeigten Transformator 90. Ein Draht 200 bildet eine erste Spule um einen Magnetkern 210. Wenn ein Strom in dem Draht 200 in der Richtung des Pfeils 220 fließt, wird sich ein magnetischer Fluß in dem Kern in der durch den Pfeil 230 gezeigten Richtung gemäß den grundlegenden Prinzipien des Elektromagnetismus ausbilden. Aufgrund des magnetischen Flusses, der durch den Pfeil 230 gezeigt ist, wird in einem weiteren Draht 240, der als eine zweite Spule ausgebildet ist, die in der entgegengesetzten Richtung um den Kern 210 gewickelt ist, ein resultierender Strom fließen, der in ihm in der Richtung des Pfeils 250 induziert wird. Der Strom in der Richtung des Pfeils 250 wird den gleichen Wert wie der Strom haben, der in dem Draht in der Richtung fließt, die durch den Pfeil 220 gezeigt ist, wenn die Zahl der einzelnen Spulen der Drähte 200 und 240 dieselbe ist. Wenn z.B. in jedem der Drähte 200 und 240 ein Strom aus einer separaten Quelle, aber in derselben Richtung fließen würde, würde jede Spule einen magnetischen Fluß in dem Kern erzeugen. Wenn die Ströme gleich wären, würden sich die entgegengesetzten Flüsse aus jeder Spule aufheben. Wenn die Ströme ungleich wären, dann wäre der magnetische Gesamtfluß von null verschieden und würde einen resultierenden Strom in einem dritten Draht 260 induzieren, der als eine dritte Wicklung auf dem Kern ausgebildet ist.
  • In Fig. 1 ist zu erkennen, daß die Wicklüng 95, die den Strom aus der Zuleitung 30 führt, einen magnetischen Fluß wie dargestellt im Gegenuhrzeigersinn in dem Kern 94 induziert. Die Wicklung 96, die den Strom der Rückleitung 80 in Fig. 1 führt, verursacht einen magnetischen Fluß wie dargestellt im Uhrzeigersinn in dem Kern 94. Wenn die Windungszahlen der Wicklungen 95 und 96 äquivalent sind und wenn die in den Leitungen 30 und 80 fließenden Ströme gleich sind, dann werden die beiden induzierten magnetischen Flüsse gleich sein. Darüber hinaus werden die beiden Flüsse zueinander entgegengesetzt sein und werden sich gegenseitig aufheben, was insgesamt zu einem magnetischen Fluß von null in dem Kern 94 führt. Wenn jedoch wegen der Stromleckage der Strom, der in der Zuleitung 30 fließt, größer ist als der Strom, der in der Rückleitung 80 fließt, dann wird sich insgesamt ein von null verschiedener endlicher magnetischer Fluß ergeben. Dieser von null verschiedene magnetische Fluß wird einen Stromfluß in der Erfassungswicklung 100 induzieren. Das Signal aus der Erfassungswicklung 100 ist ein Stromleckageerfassungssignal oder ein Differenzsteuersignal 110, und dieses Signal repräsentiert die Größe der Differenz in den Strömen, die in der Zuleitung 30 bzw. in der Rückleitung 80 fließen.
  • Das Differenzsteuersignal 110 wird an die Stromleckagesteuerschaltung 115 angelegt, wie es in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist. Die Ströme, die sowohl in der Zuleitung 30 als auch in der Rückleitung 80 fließen, fließen mit der elektrochirurgischen Frequenz in dem Bereich von 500 kHz - 1 MHz Deshalb wird das Differenzsteuersignal 110 ein Wechselstromsignal mit einer ähnlichen Frequenz sein. Das Differenzsteuersignal 110 wird an einen Gleichrichter 120 angelegt, um ein Ausgangsgleichstromsignal 112 zu erzielen, das zu der Amplitude des Wechselstromsignals 110 proportional ist. In dem Gleichrichter 120 kann eine Vielfalt von unterschiedlichen Gleichrichtungstechniken benutzt werden. Zum Beispiel kann der Gleichrichter 120 für Scheitelwerte oder für Effektivwerte des Wechselstromsteuersignals 110 mehr empfindlich sein.
  • Die Größe des Gleichstromausgangssignals 112 ist zu der Größe des Steuersignals 110 linear proportional, und das Steuersignal 110 ist zu der Stärke des Leckstroms proportional, wie es oben erläutert worden ist. Das Signal 112 wird an die positive Eingangsklemme eines Differenzverstärkers 140 angelegt. Ein vorbestimmtes Gleichstromsignal 130, welches für einen Sollwert repräsentativ ist, wird an die negative Eingangsklemme des Differenzverstärkers 140 angelegt. Die Größe des Gleichstromsignals 130 wird durch Einstellen eines Potentiometers 142 gewählt, und der vorbestimmte Wert des Signals 130 repräsentiert einen maximal akzeptablen sicheren Wert des Leckstroms.
  • Die Verstärkung des Differenzverstärkers 140 ist eins. Deshalb wird ein Ausgangssignal 144 des Differenzverstärkers 140 immer positiv sein, wenn der erfaßte Leckstrom (dargestellt durch das Signal 112) den maximal akzeptablen sicheren Wert des Leckstroms (dargestellt durch den vorbestimmten Sollwert, der durch das Signal 130 gebildet wird) übersteigt. Andernfalls wird das Ausgangssignal 144 negativ sein. Das Ausgangssignal 144 des Differenzverstärkers 140 wird an eine Eingangsklemme einer herkömmlichen Maximumwählschaltung 150 angelegt. Eine zweite Eingangsklemme der Maximumwählschaltung 150 ist mit einer Ausgangsklemme eines Leistungssteuerungsdifferenzverstärkers 160 verbunden. Der Leistungssteüerungsdifferenzverstärker 160 ist Teil einer herkömmlichen Leistungsregelschaltungsanordnung des Elektrochirurgiegenerators 20.
  • Leistungsregelanordnungen oder Leistungsregelkreise werden in großem Umfang in Elektrochirurgiegeneratoren verwendet, und zwar in einer Vielfalt von unterschiedlichen Konfigurationen. Ein relativ komplexer Leistungsregelkreis ist in dem US-Patent Nr. 4 727 874 beschrieben. Eine verallgemeinerte Form eines Leistungsregelkreises für den Elektrochirurgiegenerator 20, bei dem die Stromleckagesteuerschaltung 115 benutzt wird, ist in Fig. 3 gezeigt. In seiner grundlegenden Form umfaßt der Elektrochirurgiegenerator einen Hochfrequenz(HF)-Oszillator 152, einen HF-Verstärker 154 und einen Ausgangskreis 156. Der HF-Oszillator 152 erzeugt das HF-Signal, das nach der Verstärkung durch den HF-Verstärker 154 zu dem Elektrochirurgiesignal wird. Der Ausgangskreis 156 gibt das Elektrochirurgiesignal an die Versorgungsleitung 30 ab und empfängt den Rückstrom aus der Rückleitung 80. Ein Signal 158 wird von dem Ausgangskreis 156 geliefert, das die Größe der Ausgangsleistung, die von dem Elektrochirurgiegenerator 20 geliefert wird, darstellt und zu derselben proportional ist. Das Signal 158 wird an eine positive Eingangsklemme des Leistungssteuerungsdifferenzverstärkers 160 angelegt. Das andere Signal, das an die negative Eingangsklemme des Leistungssteuerungsdifferenzverstärkers 160 angelegt wird, ist ein Sollausgangsleistungssignal 164. Das Sollausgangsleistungssignal 164 steht in Beziehung zu der durch die Bedienungsperson verlangten Leistung und wird durch die Einstellung eines Frontsteuertafeleinstellpotentiometers 166 gebildet.
  • Der Leistungsregelkreis in dem Elektrochirurgiegenerator 20 versucht, ein Ausgangssignal 168 des Differenzverstärkers 160 auf einem stationären Wert von null zu halten, indem er die Verstärkung des HF-Verstärkers 154 steuert. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Leistungsregelkreis auch die Wirkung des Leckstroms relativ zu dem Sollwert berücksichtigen, der durch das Signal 144 dargestellt ist, um die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators 20 zu regeln.
  • Die Maximumwählschaltung 150 wählt das positivste ihrer beiden Eingangssignale 144 oder 168 aus, um es als ein Ausgangssignal an ihrer Ausgangsklemme zu präsentieren. Wenn kein Leckstrom erfaßt wird, wird das Ausgangssignal 144 des Leckageerfassungsdifferenzverstärkers 140 ein großer negativer Wert sein. Das Ausgangssignal 168 des Leistungssteuerungsdifferenzverstärkers 160 wird normalerweise auf oder nahe bei einem Wert von null sein. Wenn kein Leckstrom erfaßt wird, wird deshalb die Wählschaltung 150 das Signal 168 als ihr Ausgangssignal liefern. Ein Ausgangssignal 169 der Maximumwählschaltung 150 wird an einen Inverter 170 angelegt, der die Polarität des Signals ändert. Das Ausgangssignal des Inverters wird an einen Integrator 180 angelegt, der das Signal integriert und das integrierte Signal als ein Verstärkungssteuersignal 190 liefert: Das Verstärkungssteuersignal 190 des Integrators 180 wird an den HF-Verstärker 154 angelegt und es steuert den Verstärker 154, um die Größe des elektrochirurgischen Signals festzulegen, das aus dem Elektrochirurgiegenerator verfügbar ist.
  • Ein typischer Leistungsregelkreis würde das Ausgangssignal 168 aus dem Differenzverstärker 160 direkt an den Eingang des Inverters 170 anlegen. Die vorliegende Erfindung fügt eine zusätzliche Steuerungsmöglichkeit in Form der Stromleckagesteuerschaltung 115 in den Leistungsregelkreis ein. Die Stromleckagesteuerschaltung 115 modifiziert den normalen Betrieb des Leistungsregelkreises, um die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators wie folgt zu steuern.
  • Wenn die Leckströme schwach sind und wenn die normale Steuerschleife in einem stationären Zustand ist, wird das Ausgangssignal 168 des Differenzverstärkers 160 null sein, und das Ausgangssignal 144 des Leckageerfassungsdifferenzverstärkers 140 wird negativ sein. Daher ist der Wert null des Signals 168 an der Ausgangsklemme der Maximumwählschaltung 150 als das Signal 169 präsent, und dieses Signal wird an den Integrator 180 angelegt Der Integrator wird deshalb seinen Ausgangswert nicht ändern, und die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators wird unverändert bleiben. Wenn jedoch das Ausgangsleistungsistsignal 158 ansteigen und das Ausgangsleistungssollsignal 164 übersteigen sollte, dann würde das Ausgangssignal 168 des Leistungssteuerungsdifferenzverstärkers 160 positiv werden und würde den Integrator 180 veranlassen, ein verringertes Ausgangssignal dem HF-Verstärker 154 zuzuführen, was den HF-Verstärker veranlassen würde, die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators zu verringern, bis das gemessene Ausgangsleistungssignal 158 gleich dem Ausgangsleistungssollsignal 164 ist und das Ausgangssignal des Leistungssteuerungsdifferenzverstärkers 160 wieder auf den Wert null gebracht worden ist. Andererseits, wenn das gemessene Ausgangsleistungssignal 158 auf einen Wert abnehmen sollte, der kleiner als das Ausgangsleistungssollsignal 164 ist, würde das Ausgangssignal 168 des Leistungssteuerungsdifferenzverstärkers 160 negativ werden und es würde den Integrator 180 veranlassen, ein vergrößertes Ausgangssignal an den HF-Verstärker 154 abzugeben, was den HF-Verstärker veranlassen würde, die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators zu vergrößern, bis das gemessene Ausgangsleistungssignal 158 gleich dem Ausgangsleistungssollsignal 164 ist und das Ausgangssignal des Leistungssteuerungsdifferenzverstärkers 160 wieder auf null gebracht worden ist. Daher werden unter Leckstrombedingungen, die innerhalb der maximal zulässigen Grenzen sind, die normalen Leistungsregelfunktionen des Elektrochirurgiegenerators nicht modifiziert.
  • Unter Leckstrombedingungen, welche die maximal zulässigen Grenzwerte übersteigen, arbeitet die Stromleckagesteuerschaltung 115 in dem Leistungsregelkreis folgendermaßen. Der Leckstrom wird einen Fluß in dem Kern 94 des Transformators 90 hervorrufen, welcher durch die Erfassungswicklung 100 erfaßt wird. Ein von null verschiedenes Differenzsteuersignal 110 wird sich ergeben. Der Gleichrichter 120 wandelt das Signal 110 in ein entsprechendes Gleichstromsignal 112 um. Wenn das Signal 112 das vorbestimmte Gleichstromsollsignal 130 übersteigt, wird der Leckageerfassungsdifferenzverstärker 140 ein positives Ausgangssignal 144 liefern. Das positive Ausgangssignal 144 wird durch die Maximumwählschaltung 150 ausgewählt, wird durch den Inverter 170 invertiert und wird das Verstärkungssteuersignal 190 aus dem Integrator 180 veranlassen abzunehmen, wodurch der HF-Verstärker 154 veranlaßt wird, die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators zu verringern, bis der resultierende Leckstrom auf einen derartigen Wert verringert worden ist, daß der Leckageerfassungsdifferenzverstärker 140 einen Wert null haben wird. Die Ausgangsleistung des Generators wird deshalb auf einen Wert eingestellt, welcher den Leckstrom auf den vorbestimmten maximal zulässigen Wert beschränkt, z.B. einhundertvierzig Milliampère. Die Wirkung der Stromleckagesteuerschaltung 115 übersteuert so die normale Leistungsregelfunktion, um den elektrochirurgischen Ausgangsstrom auf denjenigen maximal zulässigen Wert zu begrenzen, bei dem dieser nicht in der Lage wäre, Ausweichpfadverbrennungen oder -effekte zu erzeugen. Der Effekt der Leckagestromsteuerschaltung 115 besteht darin, daß diese die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators begrenzt, ohne den Elektrochirurgiegenerator unwirksam zu machen.
  • Der Leistungsregelkreis wird so durch die beiden unterschiedlichen Erfassungssignale gesteuert, das Leckstromsignal 110 und das Ausgangsleistungssollsignal 164. Nur dann, wenn beträchtliche Leckströme zu fließen versuchen, übernimmt die Leckageerfassungsschaltung die Steuerung des elektrochirurgischen Ausgangsstroms. Die vorliegende Erfindung gestattet einen sanfteren Übergang zwischen diesen beiden Steuerschleifeneingangssignalen ohne eine abrupte Änderung in dem Ausgangswert, wenn die Steuerung zwischen den beiden Signalen umgeschaltet wird.
  • Beträchtliche Leckströme fließen nur dann, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind. Erstens, es muß ein Pfad für den Leckstrom existieren. Dieser wird sich selbst als ein an Bezugsmasse liegender Punkt manifestieren, z.B. eine an Masse liegende Überwachungselektrode, ein an Masse liegender Operationstisch oder sogar ein Chirurg selbst. Die zweite Bedingung, die erfüllt sein muß, ist die Existenz von ausreichendem elektrochirurgischen Potential oder ausreichender elektrochirurgischer Spannung, um den Leckstrom hervorzurufen. Die erste Bedingung ist eine Funktion der Einrichtung des Operationssaals. Die zweite Bedingung ist eine Funktion der Solleistungseinstellung (der verlangten Ausgangsleistung) an dem Elektrochirurgiegenerator und der Belastung des Elektrochirurgiegenerators. Da eine hohe Spannung benötigt wird, um einen Leckstrom fließen zu lassen, werden beträchtliche Leckströme nur dann fließen, wenn der Generator mit offenem Stromkreis aktiviert wird (wenn die aktive Elektrode von dem Gewebe weggehalten wird). Unter diesen Bedingungen existiert eine große Spannung an der aktiven Elektrode, und es fließt kein primärer elektrochirurgischer Strom. Sobald die Elektrode nahe genug zu dem Gewebe gebracht wird, um das Fließen eines primären elektrochirurgischen Stroms zu gestatten, wird das hohe Spannungspotential stark reduziert. Es werden daher beträchtliche Leckströme hauptsächlich dann fließen, wenn die Elektrode in einem Zustand mit offenem Stromkreis aktiviert wird. Die Stärke des Leckstroms, der fließen vird, ist auch eine Funktion der Solleistungseinstellung. Wenn eine relativ niedrige Leistung verlangt wird, werden schwächere Leckströme fließen, da das elektrochirurgische Ausgangssignal niedriger ist, ungeachtet des Belastungszustands.
  • Die Stromleckagesteuerschaltung 115 wird deshalb nur funktionieren, wenn mehrere Bedingungen erfüllt sind. Die Elektrode muß weit genug von dem Gewebe weggehalten werden, um einen primären elektrochirurgischen Strom am Fließen zu hindern, und die verlangte Leistung muß ausreichend groß sein. Sobald die Elektrode nahe genug zu dem Gewebe gebracht wird, um einen primären elektrochirurgischen Strom fließen zu lassen, wird der Leckstrom reduziert, und die Stromleckagesteuerschaltung 115 wird die Steuerung der Ausgangsleistung wieder sanft auf die normale Leistungsregelschaltungsanordnung übertragen. An diesem Punkt wird die Ausgangsleistung durch die Stromleckagesteuerschaltung 115 nicht begrenzt, und es ist die volle verlangte Leistung verfügbar, um dem Gewebe zugeführt zu werden. Es wird somit ein sanfter Übergang zwischen der Leistungssteuerung auf der Basis der Leckagesteuerschaltung und der Stromsteuerung auf der Basis der verlangten Ausgangsleistung geschaffen.
  • Da der Sollwert von vorzugsweise einhundertvierzig Milliampe re sich mit der verlangten Ausgangsleistung nicht ändert, wird das Ausmaß der Reduktion des Potentials bei offenem Stromkreis durch die Leckagesteuerschaltung kleiner sein, wenn eine relativ niedrige Ausgangsleistung verlangt wird. Es wird einen Punkt in der Einstellung der verlangten Leistung geben, wenn die aktive Elektrode im Zustand mit offenem Stromkreis aktiviert wird, bei dem die Leckagesteuerschaltung das Ausgangssignal überhaupt nicht reduzieren wird, weil der Leckstrom niedriger als einhundertvierzig Milliampère ist. Unter diesen Bedingungen wird durch die Stromleckagesteuerschaltung 115 das Ausgangssignal nicht beeinflußt. Unter Bedingungen, wo die Operationssaaleinrichtung so ist, daß es keine attraktiven Massepfade für das Fließen von Leckströmen gibt, wird die Stromleckagesteuerschaltung 115 ebenso das Ausgangssignal nicht beeinflussen.
  • Es ist somit zu erkennen, daß die Stromleckagesteuerschaltung nur eingreift, wenn es die Leckstrombedingungen verlangen. Die Schaltung überwacht kontinuierlich den Leckstrom, so daß nicht gestattet wird, daß sich ein unsicherer Zustand einstellt. Ein Vorteil der Erfindung gegenüber anderen existierenden Leckagereduktionstechniken, die gegenwärtig benutzt werden, besteht darin, daß die Stromleckagesteuerschaltung die Bedingungen kontinuierlich überwacht und die Ausgangsleistung des Elektrochirurgiegenerators entsprechend anpaßt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der v6rlieg enden Erfindung ist im einzelnen gezeigt und beschrieben worden. Es dürfte jedoch klar sein, daß die ins einzelne gehende vorliegende Beschreibung lediglich ein bevorzugtes Beispiel zeigt und daß der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche festgelegt wird.

Claims (7)

1. Elektrochirurgievorrichtung (10) mit einem Elektrochirurgiegenerator (20) zum Liefern einer Hochfrequenzelektrochirurgieausgangsleistung über eine Zuleitungseinrichtung (30), die Ausgangsstrom liefert, und eine Rückleitungseinrichtung (80), die Rückstrom zu dem Generator zurückleitet, mit: einer Stromerfassungseinrichtung (90), die mit der Zuleitungseinrichtung und mit der Rückleitungseinrichtung verbunden ist, um die Stärke des Ausgangsstroms und des Rückstroms zu erfassen; und
einer Leistungseinstell- und -regeikreisanordnung (100, 115, 154, 156, 160, 166, 170, 180) zum Einstellen der gelieferten Ausgangsleistung (158) relativ zu einer vorbestimmten verlangten Ausgangsleistung (164) und zum Verhindern, daß ein Ungleichgewicht zwischen dem Ausgangsstrom und dem Rückstrom ein vorbestimmtes maximal akzeptables Ausmaß an Leckstrom übersteigt, wobei die Leistungseinstell- und -regelkreisanordnung aufweist:
eine Einrichtung (160) zum Liefern eines ersten Leistungssteuersignals (168), das die Differenz zwischen der gelieferten Ausgangsleistung (158) und der vorbestimmten verlangten Ausgangsleistung (164) angibt,
eine Verstärkereinrichtung (154) zum Einstellen der Ausgangsleistung des Generators (20) aufgrund eines Leistungseinstellsteuersignals (190), das an sie angelegt wird,
eine Einrichtung (120), die mit der Stromerfassungseinrichtung (90) verbunden ist und ein Stromleckageerfassungssignal (112) liefert, welches in Beziehung zu einer Differenz zwischen dem Ausgangsstrom und dem Rückstrom steht,
eine Einrichtung (142) zum Festlegen eines Sollsignals (130), welches das vorbestimmte maximal akzeptable Ausmaß an Leckstrom darstellt,
eine Einrichtung (140), die aufgrund des Stromleckageerfassungssignals (112) und des Sollsignals (130) die Differenz zwischen dem Stromleckageerfassungssignal (112) und dem vorbestimmten Sollsignal (130) verstärkt und das resultierende Signal als ein zweites Leistungssteuersignal (144) liefert; und
eine Wähleinrichtung (150), die aufgrund des ersten und des zweiten Leistungssteuersignals (168 und 144) das erste Leistungssteuersignal auswählt und das ausgewählte Leistungssteuersignal als das Leistungseinstellsteuersignal (190) liefert, um die gelieferte Ausgangsleistung auf dem verlangten Ausgangsleistungswert zu halten, sofern nicht der Leckstrom das vorbestimmte maximal akzeptable Ausmaß übersteigt, in welchem Fall das zweite Steuersignal als das Leistungseinstellsteuersignal (190) ausgewählt wird, um die gelieferte Ausgangsleistung nur um das Ausmaß zu reduzieren, das notwendig ist, um den Leckstrom auf der vorbestimmten maximal akzeptablen Stärke zu halten.
2. Elektrochirurgievorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei:
die Wähleinrichtung (150) das zweite Steuersignal (144) als das Leistungseinstellsteuersignal (190) liefert, wenn der Leckstrom andernfalls die vorbestimmte maximal akzeptable Stärke übersteigen würde; und
die Wähleinrichtung (150) das erste Steuersignal (168) als das Einstellsteuersignal (190) liefert, wenn die Leckstromstärke niedriger als die vorbestimmte maximal akezeptable Stärke ist.
3. Elektrochirurgievorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Stromerfassungseinrichtung (90) aufweist:
einen Differentialtransformator (90), der einen Kern (94), eine erste Wicklung (95), eine zweite Wicklung (96) und eine Erfassungswicklung (100) aufweist, wobei diese Wicklungen jeweils um den Kern gewickelt sind, die Zuleitungseinrichtung (30) so angeschlossen ist, daß der Ausgangsstrom durch die erste Wicklung (95) hindurchgeleitet wird, die Rückleiteinrichtung (80) so angeschlossen ist, daß der Rückstrom durch die zweite Wicklung (96) hindurchgeleitet wird, der Differentialtransformator (90) ein Ungleichgewicht zwischen dem Ausgangsstrom und dem Rückstrom, die in der ersten bzw. zweiten Wicklung (95, 96) fließen, erfaßt und einen Strom (110) in der Erfassungswicklung (100) erzeugt, der zu dem Ungleichgewicht proportional ist.
4. Elektrochirurgievorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei:
die erste und die zweite Wicklung (95, 96) in entgegengesetzten Richtungen um den Kern (94) gewickelt sind.
5. Elektrochirurgievorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei:
die Wähleinrichtung (150) von dem ersten Leistungssteuersignal (168) und dem zweiten Leistungssteuersignal (144) das größere als das Leistungseinstellsteuersignal (190) liefert.
6. Verfahren zum Regeln von Hochfrequenzausgangsleistung, die durch einen Elektrochirurgiegenerator (20) geliefert wird, relativ zu einer verlangten Ausgangsleistung und gleichzeitig zum Verhindern, daß ein Leckstrom eine vorbestimmte, maximale Stärke übersteigt, beinhaltend die Schritte:
Wählen eines vorbestimmten Wertes der Ausgangsleistung;
Liefern der Ausgangsleistung relativ zu dem vorbestimmten Wert der Ausgangsleistung;
Abgeben der gelieferten Ausgangsleistung durch Leiten von Ausgangsstrom durch eine Zuleitung (30) und durch Leiten von Rückstrom durch eine Rückleitung (80);
Erfassen der Größe der gelieferten Ausgangsleistung;
Liefern eines ersten Leistungssteuersignals (168), das durch eine Differenz zwischen der gelieferten Ausgangsleistung (158) und dem Wert der verlangten Ausgangsleistung (164) bestimmt wird;
Erfassen eines Leckstroms durch Bestimmen eines Erfassungssignals (110), das ein Ungleichgewicht zwischen der Stärke des Ausgangsstroms und der Stärke des Rückstroms angibt;
Festlegen eines Sollsignals, das eine vorbestimmte maximal akzeptable Stärke des Leckstroms darstellt;
Verstärken der Differenz zwischen dem Erfassungssignal (110) und dem Sollsignal und Liefern des resultierenden Signals als ein zweites Leistungssteuersignal (144);
Einstellen der gelieferten Ausgangsleistung auf der Basis eines Leistungs- einstellsteuersignals (190) durch Wählen des ersten Leistungssteuersignals (168) als das Leistungseinstellsteuersignal (190), um die gelieferte Ausgangsleistung auf dem verlangten Ausgangsleistungswert zu halten, sofern nicht der Leckstrom die vorbestimmte maximal zulässige Stärke übersteigt, in welchem Fall das zweite Leistungssteuersignal (144) als das Leistungseinstellsteuersignal (190) ausgewählt wird, um die gelieferte Ausgangsleistung nur in dem Ausmaß zu reduzieren, das notwendig ist, um den Leckstrom auf der vorbestimmten maximal aktzeptablen Stärke zu halten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Auswählens des ersten oder zweiten Leistungssteuersignals weiter die Schritte beinhaltet:
Auswählen des ersten Leistungssteuersignals (168), um die gelieferte Ausgangsleistung auf den verlangten Ausgangsleistungswert einzustellen, wenn der Leckstrom weniger als die vorbestimmte maximal akzeptable Stärke hat; und
Auswählen des zweiten Leistungssteuersignals (144), um die gelieferte Ausgangsleistung auf einen Wert einzustellen, der niedriger als die verlangte Ausgangsleistung ist, und dabei gleichzeitig den Leckstrom auf der vorbestimmten maximal akzeptablen Stärke zu halten, wenn der Leckstrom sonst die vorbestimmte maximal akzeptable Stärke übersteigen würde, falls die gelieferte Ausgangsleistung auf dem verlangten Ausgangsleistungswert gehalten werden würde.
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